电气发热与计算VIP免费

张锐2015.312内容提要：本章内容主要从理论上讲述了发热对载流导体产生的不良影响，以及载流导体长时和短时的发热与散热工况。本章重点：了解电气发热的各种计算方法和提高导体长期允许通过载流量方法与措施。第3章电气发热与计算3.1电气发热的危害3.2接触电阻3.3电气发热与允许温升及散热3.4导体的长度与短时发热33.1电气发热与计算4•3.1.1发热对载流导体的不良影响发热对载流导体的不良影响主要表现在绝缘材料的绝缘性能、导体的机械强度和导体接触部分性能等三个方面。1)绝缘性能降低2)机械强度下降3)导体接触部分性能变坏绝缘材料绝缘材料的电阻率一般在109欧姆/厘米以上。常用的绝缘材料有陶瓷、橡胶、塑料、云母、玻璃、木材、布、纸、矿物油，以及某些高分子合成材料等。绝缘材料会逐渐“老化”而失去绝缘性能，一般绝缘材料可正常使用20年。电击穿——绝缘物在强电场的作用下，遭到急剧的破坏，丧失绝缘性能的现象。使绝缘材料产生击穿的最小电压叫做击穿电压，此时的电场强度称材料的耐压强度。绝缘材料的耐热温度与寿命温度的长期作用下老化速度会逐渐的加剧，图3-1表示几种绝缘材料的使用寿命与温度的关系。在某一温度限值内寿命一定，但当超过这一“限值”时，温度增加则使用寿命降低。因此绝缘材料有耐热温度和许用温度。3.1电气发热与计算5•3.1.1发热对载流导体的不良影响1)绝缘性能降低2)机械强度下降3)导体接触部分性能变坏机械强度下降当导体的温度超过一定允许值后，温度过高会导致导体材料退火，使其机械强度显著下降。例如铝和铜导体在温度分别超过100℃和150℃后，其抗拉强度急剧下降。这样当短路时在电动力的作用下，就可能使导体变形，甚至使导体结构损坏。如图3-2所示，连续发热150℃时，短时发热300℃时，铜的抗拉强度迅速下降。1-连续发热，2-短时发热导体接触性能性能变坏当接触连接处温度过高时，接触连接表面会强烈氧化并产生一层电阻率很高的氧化层薄膜，从而使接触电阻增加，接触连接处的温度更加升高，当温度超过一定允许值后，就会形成恶性循环，导致接触连接处烧红，松动甚至熔化。3.1电气发热与计算6•3.1.2载流导体运行中的工作状态1)正常工作状态电压和电流都不超过额定值时，导体能够长期、安全、经济地运行。2)短路工作状态系统因绝缘故障发生短路时，流经导体的短路电流比额定值要高出几倍甚至几十倍。保护装置动作、将故障切除的短期内，导体将承受短时发热和电动力的作用。3.1电气发热与计算7•3.1.3载流导体运行中的损耗1)电阻损耗输电线或电磁线的导体本身和机械连接处都有电阻存在，当电流通过时，即产生电损耗，电阻损耗与电流的平方、电阻和时间成正比。2)磁滞、涡流损耗载流导体周围的铁磁物质在交变磁场反复磁化作用下，将产生磁滞、涡流损耗，使铁质物质发热。P=I2Rt3.1电气发热与计算8•3.1.3载流导体运行中的损耗1)电阻损耗P=I2Rt2)磁滞、涡流损耗①磁滞损耗②涡流损耗nmczfBP磁滞损耗铁磁材料在磁化过程中由磁滞现象引起的能量损耗。即铁磁物质在交变磁场的磁化作用下由于内部的不可逆过程而使铁磁物质发热所造成的一种损耗。3.1电气发热与计算9•3.1.3载流导体运行中的损耗1)电阻损耗P=I2Rt2)磁滞、涡流损耗①磁滞损耗②涡流损耗nmczfBP涡流损耗铁在变化着的磁场中，或者在磁场中运动时，铁磁物质内部会产生感应电动势(或感应电流)。涡流是感应电流之一，在铁心内围绕着磁感应强度，呈旋涡状流动，其方向可按楞次定律来决定。图3-4涡流的产生图3-5减小涡流的方法通常采用增大涡流回路电阻的方法减小涡流。如图所示：3.1电气发热与计算10•3.1.3载流导体运行中的损耗1)电阻损耗P=I2Rt2)磁滞、涡流损耗①磁滞损耗②涡流损耗nmczfBP涡流损耗涡流损耗与电源频率的平方成正比，与磁感应强度最大值的平方和体积成正比。22mwBfP3.1电气发热与计算11•3.1.3载流导体运行中的损耗1)电阻损耗P=I2Rt2)磁滞、涡流损耗①磁滞损耗②涡流损耗③铁损22mwBfPnmczfBP铁损交变磁通在铁芯中产生的磁滞损耗和涡流损耗合起来叫做铁磁损耗Pcz，简称...